Bachelorarbeit: Vergleich von Zinn(IV)-oxid und Titan(IV)-oxid als ETL in der Perowskit

Hochschule Merseburg
 Fakultät Ingenieur- und Naturwissenschaften
 Bachelor Studiengang: Green Engineering

 Bachelorarbeit:
 Vergleich von Zinn(IV)-oxid und
 Titan(IV)-oxid als ETL in der Perowskit
 Solarzelle
 Von:
 Fionn Becker

Erster Betreuer an der Hochschule Merseburg: Prof. Bernhard Neumann
Zweiter Betreuer an der Hochschule Merseburg: Prof. Dietmar Bendix
Betreuerin an der NOVA Universität Portugal: Dr. U. Deneb Menda
Betreuer an der NOVA Universität Portugal: Prof. Manuel João Mendes

II

Danksagung

Für die gute Unterstützung bedanke ich mich bei meiner Familie und den Lehrenden. Es wurde mir bei
vielen Fragen sehr gut geholfen und dafür bin ich sehr dankbar. Ich bedanke mich bei meinem Dozen-
ten Herrn Prof. Neumann für die gute Betreuung und Unterstützung bei der Arbeit.

A special thanks goes to the CENIMAT laboratory in Lisbon. They made me feel very comfortable and
gave me a good working atmosphere and a very good area for my research. As well as a direct thank
you to Deneb, Manuel and Guilherme who supported me very well in my research.

 III

IV

Kurzzusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Elektronen Transportschicht (ETL) in einer Perowskit-Solarzelle.
Dabei wurde der Fokus auf das Material Zinn(IV)-oxid (SnO2) gelegt, um einen Ersatz zu Titan(IV)-
oxid (TiO2) in einer Perowskit-Solarzelle als ETL zu finden. Aus den erstellten Zellen hat sich gezeigt,
dass die Titan(IV)-oxid (TiO2) Schicht die höchste Effizienz hat. Diese wurden mit dem Wert von 13,8%
als effizienteste Zelle erstellt und gemessen. Dennoch ist der hohe Produktionsaufwand mit zwei
Schichtauftragungen, die jeweils bei 400°C erhitzt werden müssen, recht hoch. Auch der Transmissi-
onswert der TiO2 Schichten ist geringer als bei der Zinn(IV)-Oxid (SnO2) Schicht. Die Herstellung der
SnO2 und der Produktionsaufwand der SnO2 Lösung sind mit 180°C geringer als bei TiO2. Da aber die
reine Schicht SnO2 nur eine Effizienz von 11,3% hat, wurde versucht über Dotierung diese Werte zu
verbessern. Es wurden Versuche mit EDTA und Graphen (rGO) als Dotierzusatz durchgeführt. Dabei
ist der Effizienzwert auf 12,2% gestiegen und damit schon fast auf dem TiO2 Niveau. Alle Solarzellen
wurden auf weitere wichtige Vergleichswerte analysiert. Das Ergebnis der Forschung war, dass die SnO2
Schicht von den Solarzellen Parameter noch nicht an die Zellen mit eine TiO2 Schicht als ETL heran-
kommt aber dass sie sich schon sehr gut an diese annähert und weitere Forschungen sich lohnen.

 V

VI

Eidesstattliche Erklärung

Ich erkläre hiermit an Eides Statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne Benutzung
anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Die aus fremden Quellen direkt oder indi-
rekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.

Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt
und auch nicht veröffentlicht

Merseburg, am ___________ ___________________________

 Fionn Becker

 VII

Inhaltsverzeichnis
Danksagung ............................................................................................................................................ III
Kurzzusammenfassung ............................................................................................................................ V
Eidesstattliche Erklärung ....................................................................................................................... VII
Inhaltsverzeichnis………………………………………………………………………………………………………………………..….VIII

Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................................. 2
Tabellenverzeichnis ................................................................................................................................. 5
1. Einleitung ......................................................................................................................................... 7
2. Theoretische Aspekte zu Solarzellen ............................................................................................... 8
 2.1 Funktionsweise einer Solarzelle .................................................................................................... 8
 2.2.1 Wichtige Solarzellen Parameter ............................................................................................... 10
 2.2.2 Weitere Solarzellenarten.......................................................................................................... 11
 2.3 Perowskit-Solarzellen .................................................................................................................. 12
 2.3.1 Geschichte und allgemeine Einführung ................................................................................... 12
 2.3.2 Die Perowskit-Zelle im Deteil ................................................................................................... 13
 2.3.3 Überblick zum typischen Solarzellenaufbau ............................................................................ 14
 2.3.3.1 Theorie Perowskit-Solarzellen ............................................................................................... 14
 2.3.3.2 Die Elektronen leitende Schicht (ETL) und deren Dotierung................................................. 16
 2.3.3.3 Strukturelle Beschreibung der Perowskit-Absorber-Schicht ................................................. 17
 2.3.3.4 Theorie der Defektelektronen Transportschicht (HTL) ......................................................... 17
 2.4 Struktureigenschaft der ETLs....................................................................................................... 18
 2.4.1 Die Kristallstruktur von TiO2 ..................................................................................................... 18
 2.4.2 SnO2 Kristallstruktur ................................................................................................................. 20
3. Praktische Durchführungen und Analysen .................................................................................... 21
 3.1 Mess- und Analyse Geräte........................................................................................................... 21
 3.1.1 Funktion des UV-Vis Spektrometer .......................................................................................... 21
 3.1.2 Funktion des Rasterelektronenmikroskop (REM oder im englischen SEM) ............................. 23
 3.1.3 Funktion des Raster-Kraftmikroskop (AFM oder SFM) ............................................................ 24
 3.1.4 Funktion des Sonnensimulator................................................................................................. 25
 3.2 Verwendete Abscheide- und Prozessierungsmethoden ............................................................. 26
 3.2.1 Funktion eines Schichtabscheiders/Rotationsabscheider........................................................ 26
 3.2.2 Funktion des Elektronenstrahl-Verdampfer............................................................................. 26
 3.3 Experimentelle Durchführung ..................................................................................................... 27
 3.3.1 Herstellung der TiO2 und SnO2 ETL sowie die Dotierung der SnO2 Schicht .............................. 27
 3.3.2 Herstellung der Perowskit Schicht ........................................................................................... 28
 3.3.3 Herstellung der HTL .................................................................................................................. 29

 VIII

4. Auswertung und Diskussion .......................................................................................................... 30
 4.1 Transmission und Bandlückengrößen Analyse ............................................................................ 30
 4.2 Analyse der Oberfläche auf die Zusammensetzung .................................................................... 38
 4.3 Analyse der Schichtdicken ........................................................................................................... 43
 4.4 Analyse der Oberflächen Beschaffenheit .................................................................................... 44
 4.5 Elektrischen Solarzellen Eigenschaften und Parameter .............................................................. 45
5. Zusammenfassung und Ausblick in die Zukunft ............................................................................ 50
Literaturverzeichnis ............................................................................................................................... 51

 IX

1

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Aufbau einer klassischen Silicium Solarzelle …………….…………………………….9
Abbildung 2: Der p-n Übergang in einer Solarzelle …….………………………....…………………..9
Abbildung 3: Strom-Spannungs-Kennlinien einer Solarzelle ……………………………….………..10
Abbildung 4: Labor Effizienzen von Solarzellen…………….…………...…………………………...11
Abbildung 5: Kubische Perowskit Struktur am Beispiel SrTiO3 ..………….…………………………12
Abbildung 6: Beispielhafter Aufbau einer Perowskit Solarzelle ……...……………...……………….15
Abbildung 7: Bänderlücken in der Perowskit-Solarzelle ………………………..…...……………….16
Abbildung 8: Kristallstruktur von TiO2 …………………………………...…………………………..18
Abbildung 9: Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahlen von Rutil und Anatas ………...………….19
Abbildung 10: Kristallgitter von SnO2………………………………………………………………...20
Abbildung 11: Schema UV/Vis Spektrometer…………………………………………………………21
Abbildung 12: Transmissions Diagramm von Glas.……………...……………………………………22

Abbildung 13: Aufbau eines Rasterelektronenmikroskop ……..……………….……………………..23
Abbildung 14: Darstellung des Kantilever-Sensor und des AFM …………..………………..………24
Abbildung 15: Schematische Abbildung eines Sonnensimulators…………………………………….25
Abbildung 16: Verwendung eines Rotationsbeschichter ………………………..……………………26
Abbildung 17: Darstellung der Beschichtungsmethode Elektronenstrahl-Verdampfer ………...…….27
Abbildung 18: Transmissionsspektrum von SnO2 bei 160°C Kristallisationstemperatur ….…………30

Abbildung 19: Transmissionsspektrum von SnO2 bei 180°C Kristallisationstemperatur ……….……30

Abbildung 20: Transmissionsspektrum von SnO2 bei 200°C Kristallisationstemperatur ……….……30

Abbildung 21: Taucplot und Bandlücke von 1:3,67 gemischtes SnO2 bei 160°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………31

Abbildung 22: Taucplot und Bandlücke von 1:5,67 gemischtes SnO2 bei 160°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………31

Abbildung 23: Taucplot und Bandlücke von 1:7,67 gemischtes SnO2 bei 160°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………31

Abbildung 24: Taucplot und Bandlücke von 1:3,67 gemischtes SnO2 bei 180°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

Abbildung 25: Taucplot und Bandlücke von 1:5,67 gemischtes SnO2 bei 180°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

Abbildung 26: Taucplot und Bandlücke von 1:7,67 gemischtes SnO2 bei 180°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

 2

Abbildung 27: Taucplot und Bandlücke von 1:3,67 gemischtes SnO2 bei 200°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

Abbildung 28: Taucplot und Bandlücke von 1:5,67 gemischtes SnO2 bei 200°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

Abbildung 29: Taucplot und Bandlücke von 1:7,67 gemischtes SnO2 bei 200°C Kristallisationstempe-
ratur ……………………………………………………………………………………………………32

Abbildung 30: Taucplot von kompakten TiO2 Schicht ..……………….…………………………...…33

Abbildung 31: Taucplot der kompakt + mesoporösen TiO2 Schichten……………………………..…33

Abbildung 32: UV-Vis Spektrum von komp. TiO2, Komp. +meso. TiO2 und SnO2………………….33

Abbildung 33: Transmissionsspektrum der verschiedenen EDTA Konzentrationen………………….34

Abbildung 34: Taucplot der EDTA-SnO2 mit 0,1mg/ml EDTA……………………………………....35

Abbildung 35: Taucplot der EDTA-SnO2 mit 0,2mg/ml EDTA………………………………………35

Abbildung 36: Taucplot der EDTA-SnO2 mit 0,3mg/ml EDTA……………………………………....35

Abbildung 37: Transmissionsspektrum der verschiedenen rGO Anteile im SnO2 und SnO2………....36

Abbildung 38: Taucplot des 1v% von rGO in SnO2…………………………………………………...36

Abbildung 39: Taucplot des 3v% von rGO in SnO2………………………………………………...…36

Abbildung 40: Taucplot des 5v% von rGO in SnO2…………………………………………………...37

Abbildung 41 Bandlückengrößen der Messreihen mit Standartabweichung…………………………..38

Abbildung 42: Aufgenommene Oberfläche der 1:3,67 gemischten SnO2 bei 160°C Kristallisationstem-
peratur…………………………………………………………………………..………...……………38

Abbildung 43: SEM Peaks der SnO2 Schicht ………………….……………..………………..……...39

Abbildung 44: Oberflächenelemente der SnO2 farblich hervorgehoben per EDX Simulation.…….…40

Abbildung 45: Sauerstoff Atome und die Zinnatome farbig hervorgehoben per EDX Simulation in der
SnO2 Schicht.…………………………………….……………………………………………..……...40

Abbildung 46: SEM Peaks der 3v% rGO-SnO2 Schicht …………………………………………...…41

Abbildung 47: Oberflächenelemente der 3v%rGO-SnO2 farblich hervorgehoben per EDX Simulation
…………………………………………………………………………………………….………...…42

Abbildung 48: Sauerstoff Atome, Zinnatome und Kohlenstoffatome farbig hervorgehoben per EDX
Simulation in der rGO-SnO2 Schicht…….………………..……………………………………….…..42

Abbildung 49: SEM-fib Aufnahme einer Perowskit-Solarzelle…………….…………………………43

Abbildung 50: Schichtdicken der Perowskit Solarzelle.…………………………...………………….43

Abbildung 51: Oberfläche von SnO2…………………………………………………………………..44

Abbildung 52: Oberfläche von e-SnO2………………………………………………………………...44

Abbildung 53: Oberfläche von rGO-SnO2……………………………………………………………..44

 3

Abbildung 54: Vergleich der verschiedenen rGO Konzentrationen………………………………...…45

Abbildung 55: Vergleich der verschiedenen EDTA Konzentrationen.…..……….………………...…46

Abbildung 56: Beste Perowskit-Solarzellen im Vergleich……………………...……………………..48

 4

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Wichtige Kennwerte und Parameter einer Perowskit Solarzelle ………………………..…14
Tabelle 2: Kristallstruktur Daten von TiO2……….………………...……….…………………………18
Tabelle 3: Kristallstruktur Daten von SnO2……………………………………………………………21
Tabelle 4: Vergleich der Bandlückengrößen ……………...…………………………………………..37

Tabelle 5: Gewichtsprozente der Atome der unterschiedlichen SnO2 Konzentrationen…………....…39

Tabelle 6: Gewichtsprozente der Atome der 3v% rGO-SnO2 Schicht ….………………..…………...41
Tabelle 7: Strom-Spannungskurvenwerte der 1v% der rGO-SnO2 Perowskit-Solarzellen ...……...….45

Tabelle 8: Strom-Spannungskurvenwerte der 3v% der rGO-SnO2 Perowskit-Solarzellen …......…….46

Tabelle 9: Strom-Spannungskurvenwerte der 5v% der rGO-SnO2 Perowskit-Solarzellen……..….….46

Tabelle 10: Strom-Spannungskurvenwerte der 0,1mg/ml EDTA SnO2 Perowskit-Solarzelle…….…..47

Tabelle 11: Strom-Spannungskurvenwerte der 0,2mg/ml EDTA SnO2 Perowskit-Solarzelle…...……47

Tabelle 12: Strom-Spannungskurvenwerte der 0,3mg/ml EDTA SnO2 Perowskit-Solarzelle…...……47

Tabelle 13: Tabellarische Übersicht der besten rGO-SnO2 Perowskit- Solarzelle………….……....…48

Tabelle 14: Tabellarische Übersicht der besten SnO2 Perowskit-Solarzelle.……………….…….…...48

Tabelle 15: Tabellarische Übersicht der besten e-SnO2 Perowskit-Solarzelle.…………………..…....48

Tabelle 16: Tabellarische Übersicht der beste TiO2 Perowskit-Solarzelle.…………...………….……49

 5

6

1. Einleitung
Motivation: Die Energieversorgung der Menschheit ist eine wichtige Aufgabe der Forschung und der
Politik. Durch den Ausstieg aus der fossilen Energieerzeugung ist natürlich die regenerative Energieer-
zeugung in den Vordergrund gerückt. Hierbei spielen die Photovoltaikanlagen eine große Rolle, da die
Energie, die von der Sonne auf die Erde gestrahlt wird, noch viel zu oft ungenutzt bleibt. Die letzten
Jahre wurde sehr stark im Bereich Solarzellen geforscht.
Aufbau der Arbeit: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Alternativen für TiO2 als Elekt-
ronen Transport Schicht in einer Perowskit-Solarzelle. Zinn(IV)-oxid wurde wegen seiner ähnlichen
Struktur für diese Arbeit ausgesucht und Experimente mit diesem Material durchgeführt. Zur Verbesse-
rung wurde die Schicht mit Graphen und EDTA dotiert. Die Experimente haben versucht, die Frage zu
beantworten, ob es möglich ist, eine energieärmere Alternative zu Titan(IV)-oxid zu finden. Es wurde
untersucht inwieweit die Zinn(IV)-oxid Schicht noch verbessert werden kann?
Physikalische Eigenschaften zeigen, dass die Umsetzung von der elektromagnetischen Strahlung der
Sonne in die elektrische Energie begrenzt ist. Dies gilt für jede Solarzellen Art und ist bei jeder anders.
Infolgedessen wurden verschiedene andere Arten von Solarzellen erforscht, die in Abbildung 4 gezeigt
sind. In den letzten Jahren hat sich die Perowskit-Solarzelle hervorgetan und rückt durch den schnellen
Anstieg in der Effizienz in den Vordergrund der Forschung rücken. Die effizientesten Zellen werden
mit Titan(IV)-Oxid als Material für die Elektronentransport Schicht verwendet, so dass sich diese als
Standard etabliert hat. Jedoch ist die thermische Energie, die zur Herstellung der Schicht benötigt wird,
hoch und mit dem Ziel die Zellen günstig herstellen zu wollen, wird eine Alternative benötigt. Um den
Übergang von der Elektronentransportschicht zur Perowskit-Schicht idealer zu gestalten, werden meh-
rere Schichten von Titan(IV)-Oxid benötigt. Das erfordert einen höheren Energie- und Arbeitsaufwand
und eine erhebliche Problemanfälligkeit, weil die verschiedenen Schichten durch die mehreren Energi-
eniveaus eingebracht werden. Ideal ist das noch nicht. Das ideale Material wäre einfach herzustellen,
günstig und benötigt keine Seltene Erden. Es gibt gute Ergebnisse mit organischen Stoffen, die jedoch
komplex in der Herstellung sind. Metalloxide wie Zinn(IV)-oxid sind aber sehr einfach herzustellen.
Dieses Material ist sehr häufig auf der Erde zu finden und benötigt bei der Auftragung geringe thermi-
sche Energie. Das Material ist sehr einfach zu Dotieren und kann daher angepasst werden. Es muss
aufgezeigt werden ob Zinn(IV)-oxid die gleichen Effizienzen wie Titan(IV)-oxid haben und deswegen
als niedrigere Temperatur alternative für die Elektronentransportschicht in der Perowskit-Solarzelle in
Verwendung kommen kann.
Zu Beginn der Arbeit in Kapitel zwei wird die Theorie der Solarzelle beschrieben. Die Theorie und
Funktionsweise einer Perowskit-Solarzelle wird dargestellt. Jede einzelne Schicht wird genauer be-
leuchtet, sowie eine Erklärung der Unterschiede der Strukturen von Titan(IV)-oxid und Zinn(IV)-oxid
gegeben. In Kapitel 3 `Praktische Durchführungen und Analysen` wird die Herstellung jeder Schicht
Perowskit-Solarzelle beschrieben. Hauptsächlich wird auf die Herstellung der Elektronentransportieren-
denschichten eingegangen und die weiteren Schichten konstant gehalten. In diesem Kapitel werden auch
die Verfahren der Auftragung der Schichten und die verwendeten Analysemethoden beschrieben. In
Kapitel 4 `Auswertung und Diskussion` werden die gewonnenen Ergebnisse verwendet und diskutiert.
In Kapitel 5 `Zusammenfassung und Ausblick in die Zukunft` werden die Ergebnisse zusammengefasst
und weitere Forschungs- und Verbesserungsmöglichkeiten dargestellt.

 7

2. Theoretische Aspekte zu Solarzellen

2.1 Funktionsweise einer Solarzelle
Zurzeit werden hauptsächlich Solarzellen, die auf Silicium basieren, verwendet. Die Funktionsweise der
Solarzellenarten unterscheidet sich nur im Aufbau aber nicht in der Funktion, daher lässt sie sich an der
Silicium basierten Solarzelle erklären. Die Funktion einer Solarzelle beruht auf Halbleitern. Silicium ist
ein vierwertiges Element und ein Halbleiter. Dabei werden die Valenzelektroden des Elementes betrach-
tet, die von dem Valenzband in das leitende Energieniveau gehoben werden müssen. Für die Solarzelle
werden zwei Halbleiter benötigt, die eine unterschiedliche Anzahl an freien Elektronen haben. Der so-
genannte n-Typ, der einen freien Elektronenüberschuss im Leiterband besitzt und daher die Elektronen
im Leiterband gut bewegen kann und der p-Typ, der einen Überschuss an positiver Ladung im Valenz-
band besitzt und daher scheint es so, als leitet dieser Typ die positiven Ladungen. Deswegen wird dieser
Typ auch Loch-Leiter genannt, da durch den Mangel an Elektronen im Valenzband diese Löcher im
Valenzband beweglich sind und Ladungen transportiert werden können. Durch Dotierung, oder Kris-
tallstrukturdefekte, bilden sich Zwischenniveaus in der Bandlücke auf, die bei dem n-Halbleiter Donator
Zwischenzustand und bei den p-Halbleiter Akzeptor Zwischenzustand genannt werden und Ursache für
den Ladungsunterschied sind. Dies wird in Abbildung 2a) dargestellt.
Silicium zum Beispiel kristallisiert in der kubischen Diamantstruktur, daher bildet ein Silicium-Atom
vier kovalente Bindungen in tetraedrischer Anordnung. Jedoch wenn zum Beispiel ein Phosphoratom in
die Struktur eingebracht wird, das fünfwertig ist, nimmt dieses die Position in der vierwertigen Kristall-
struktur ein. Da es aber ein weiteres Valenzelektron besitzt, nimmt dieses Elektron ein lokales Zusatz-
niveau in der Bandlücke, bei der unteren Leiterbandkante, ein. Dadurch ist dann ein Donator Zwischen-
zustand entstanden, der neutral ist, wenn er mit Elektronen besetzt und positiv geladen, wenn er unbe-
setzt ist. Durch das Dotieren wird ein weiteres Energieniveau in der Nähe der Leiterbandkante hinzuge-
fügt, bei der eine feste positive Ladung positioniert ist.
Um einen Akzeptor zu erzeugen wird in die Siliciumstruktur zum Beispiel ein Boratom eingebracht.
Dabei wird auch ein weiteres Energieniveau in die Bänderlücke eingefügt, aber diesmal in der Nähe der
oberen Valenzbandkante. Dieses ist nur dreiwertig und es entsteht ein sogenannter „Kristallisation De-
fekt“, weil eine Elektronenlücke im Kristallgitter entsteht. Dieser Akzeptorzustand ist negativ geladen,
wenn er mit Elektronen besetzt und neutral, wenn er unbesetzt ist. Diese Schicht hat ein stationäres
Elektron, das auf diesem Niveau bleibt. Werden solche p- und n-dotierten Halbleiter zusammengebracht,
entsteht der sogenannte p-n-Übergang. Dabei bildet sich eine Raumladungszone. Diese gleicht im
Grenzbereich die freien Ladungsträger des Donators und des Akzeptors aus. Die jeweiligen Zwischen-
zustände werden bereits ohne Zufuhr von Photonen mit festen Ladungsträgern besetzt. Wenn jedoch
Energie in Form von Photonen auf diesen Bereich einfällt, entsteht durch das unterschiedliche Energi-
eniveau der Valenzelektroden in den Halbleitern eine Verschiebung der Elektronen. Dabei wird ein
Elektron von der oberen Valenzbandkante auf das Niveau der unteren Leiterbandkante erhöht. Diese
Energieniveau Erhöhung auf das leitende Niveau findet nur statt, wenn die Energie ausreichend ist, um
die Lücke zwischen der oberen Valenzbandkante und der unteren Leiterbandkante zu überwinden. Die-
ser Bereich wird Bandlücke genannt und bei Silicium ist die Lücke zwischen EG=1 bis 1,5eV groß.(1)
Die Elektronen werden über den p-n-Übergang in das n-Gebiet geleitet und die positive Ladung, die
Löcher, fließt die umgekehrte Richtung. Da die beiden Halbleiter Typen über Kontakte mit einander
verbunden sind, entsteht ein Stromkreislauf, der für die elektrische Energiebereitstellung verwendet
werden kann. (2) (3) (4)

 8

Abbildung 1: Aufbau einer klassischen Silicium Solarzelle (5).

 Wie in Abbildung 1 zu erkennen ist, wird das Sonnenlicht durch das Glas und die Kontakte aufgenom-
 men. Daher müssen speziell die oberen Kontakte und Schichten die elektromagnetische Strahlung der
 Sonne sehr gut durchlassen und so wenig reflektieren und absorbieren wie nur möglich. Die beiden
 dotierten Halbleiter sind über die Kontakte miteinander verbunden. Über diese Kontakte können die
 Elektronen abgegriffen werden. Um höhere Leistungen für die Verwendung zu erreichen, können diese
 Zellen in Solar – Power Modulen zusammen gefasst werden.

Abbildung 2: Der p-n Übergang in einer Solarzelle (6).

 In Abbildung 2 a) ist der Energieunterschied der Bandlücke der verschiedenen Typen zu erkennen. Da
 der p-Typ ein höheres Energieniveau des Leiterbandes besitzt als der n-Typ, bewegen sich die negativen
 Ladungsteilchen bei Kontakt auf einem Energieniveau, das geringer ist und wandern daher in Richtung
 des n-Typ Halbleiters. Dies passiert aber nur, wenn Energie hinzugegeben wird, was in der Zelle über
 die elektromagnetischer Strahlung der Sonne erzeugt wird. Der lokale Verlauf der Ladungsträger Kon-
 zentration wird in Abb. 2b) beschrieben. Herauszulesen sind hier die Konzentrationsänderungen der
 Akzeptoren nA und der ionischen Donatoren nD, die Löcher p und die Ladungen n, sowie die intrinsische
 Ladungsträgerkonzentration ni. Meistens sind die Donatoren und Akzeptoren fast vollständig ionisiert.
 In Abb. 2c) ist die Raumladung am p-n-Übergang dargestellt. Sie zeigt die Ladungsdifferenz der beiden
 dotierten Halbleiter bei der Verbindung an.

 9

2.2.1 Wichtige Solarzellen Parameter
Um eine Solarzelle zu beschreiben, werden bestimmte Parameter verwendet. Jeder Parameter wird ein-
zeln gemessen, um die Solarzellen vergleichen zu können und um die Leistung der Zellen anzugeben.
Parameter sind die Leerlaufspannung UOC (OC= Open Circuit), der Kurzschlussstrom ISC (SC= Short
Circuit), die Spannung beim Punkt der bestmöglichen Leistung UMPP (MMP= Maximum Power Point),
der Strom am bestmöglichen Punkt IMPP, die maximale Leistung PMPP, der Füllfaktor FF, der Koeffizient
für die Leistungsänderung bei der unterschiedlicher Zelltemperatur TK PMPP und der Wirkungsgrad der
Zelle µ.

Abbildung 3: Strom-Spannungs-Kennlinien einer Solarzelle(7).

In Abbildung 3 sind die Strom- Spannungskennlinien mit und ohne Beleuchtung sowie die erzeugte
Leistungslinie zum Bestimmen der Parameter einer Solarzelle aufgetragen. Dabei ist der Kurzschluss-
strom IOC der Schnittpunkt der beleuchteten Geraden mit der Stromstärken I Achse (hier die Y Achse)
und die Leerlaufspannung UOC der Schnittpunkt der beleuchteten Geraden mit der Spannungsachse U
(hier die X Achse). Der Punkt, an dem die ideale Spannung bei der Betriebsweise erreicht wird, ist der
UMPP. Dieser ergibt sich aus der bestmöglichen Leistung der PMPP der Zelle. Von dem Punkt PMPP können
dann die Werte für UMPP und IMPP abgelesen werden.
Der Füllfaktor FF kann über die Formel (1) bestimmt werden. Dieser ist einheitenlos und wird aus dem
Verhältnis der maximalen Leistung P und dem Produkt aus der Leerlaufspannung UOC und dem Kurz-
schluss Strom IOC gebildet. Der Füllfaktor beschreibt den inneren innere elektrische Verlust. Je näher
der Wert an der 1 oder 100% ist desto besser ist die Solarzelle und hat einen geringeren inneren Wider-
stand. Der Kurvenabfall am Ende der U und I Gerade ist im Idealfall steil, wenn er bei 1 liegt. Jedoch
ist dieses Szenario nur theoretisch und wird praktisch nicht erreicht, da immer ein innerer Widerstand
vorhanden ist. Je flacher die Kurve wird, desto geringer wird der Füllfaktor. Der Zellwirkungsgrad µ,
der auch Effektivität oder Wirkungsgrad ɳ genannt wird, wird über die Formel (2) berechnet. Diese ist
auch einheitslos und wird meistens als % angegeben. Sie wird aus dem Verhältnis der maximalen Leis-
tung PMPP und der Leistung des Lichtes, das auf die Zelle auftrifft, bestimmt. Diese Leistung des Lichtes
kann über das Produkt der bestrahlten Fläche A und der Bestrahlungsstärke EE dargestellt werden. Ge-
nauer beschrieben ist es die reelle Lichtausbeute. Unter idealen Bedingungen liegt dieser Wert auch bei
1 oder in % ausgedrückt bei 100%.

 = ∗ 
 (1)

 ɳ= ∗ 
 (2)

 10

2.2.2 Weitere Solarzellenarten
Solarzellen sind seit den 1954er Jahren bekannt und werden seitdem in unterschiedlichen Technologien
erforscht. Als Ergebnis diese Erforschungen haben sich noch weitere Solarzellenarten herauskristalli-
siert. Alle haben das Ziel die Effizienz zu erhöhen und die elektrische Strahlung der Sonne optimal zu
nutzen. Ein Schaubild, welches die verschiedenen Solarzellenentwicklung in ihrer Laborbestwert-Effi-
zienz gegenübergestellt, sind in der Abbildung 4 dargestellt. Es werden ein paar wichtige Solarzellen-
typen erklärt:

Abbildung 4: Labor Effizienzen von Solarzellen (8).

Abbildung 4 zeigt die Entwicklung der Labor- und Rekordwirkungsgrade einzelner Solarzellen-Tech-
nologien seit Mitte der 70er Jahre. Schon sehr früh wurde an Dünnschicht-Solarzellen geforscht. Dabei
wurde aber bei der Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CiGS) Zelle zwischen 1997 und 2016 wenig
Fortschritte gemacht. Sie ist von ca. 12 % auf nur 14 % Effizienz gestiegen. Jedoch hat die Cadmium-
tellurid (CdTe) Dünnschicht Zelle zwischen 2013 bis 2016 einen neuen Sprung in der Effizienz gemacht.
Mittels der Forschungen ist sie von ca. 17 % auf etwa 22 % angestiegen. Allein mit Blick auf die Effi-
zienz, scheint die Forschung mit Galliumarsenid (GaAs) vielversprechender. Diese Zellen gibt es schon
seit 1977 und sie hatten da schon eine Effizienz von ca. 21 %, jedoch haben sie sich nicht so stark
weiterentwickelt. Die letzte Solarzelle wurde 2017 erschaffen mit einer Effizienz von 27,8 %. Relativ
aktuelle Solarzellen sind Zellen auf organischer Basis, die erste wurde 2001 erschaffen mit 3 % Effizi-
enz. Die Forschung wurde stark in diesen Bereich fokussiert und hat sich von Jahr zu Jahr weiterentwi-
ckelt. Daher gab es im Jahr 2018\19 einen recht großen Effizienz-Sprung, von ca. 12 % auf 16 %. Den-
noch liegt die Effizienz aktuell nur bei 17,4 %. Eine der neusten und vielversprechendsten Solarzellen
ist aktuell die Perowskit-Solarzelle. Die erste Perowskit-Solarzelle wurde 2009 mit 3,8 % erstellt (9) und
ist schon bis zum Jahr 2014 auf ca. 14 % gestiegen. Da dieser Sprung sehr vielversprechend ist, wurde
die Forschung weltweit erweitert, die Effizienz in dem letzten Jahr auf 25,2 % erhöht und ist damit
bereits jetzt schon in der Näher der Silicium-basierten Solarzelle. Die Perowskit-Solarzelle hat in den
letzten Jahren einen Sprung von ca. 14 % auf 25,2 % gemacht. Aus diesem Grund sind die Forschungen
intensiviert worden, um jede der Schichten zu perfektionieren. Mit dieser Art von Solarzellen beschäftigt
sich auch die weitere Arbeit.

 11

2.3 Perowskit-Solarzellen

2.3.1 Geschichte und allgemeine Einführung
Die Strukturform von Perowskit ist schon länger bekannt. Sie kristallisiert in der ABX3 Form aus, wobei
es einen Größenunterschied zwischen den Atomen gibt. Das A Atom ist größer als das B Atom und X
ist ein Anion welches beide verbindet (10). Die Perowskit-Struktur hat neun Atome in der kubischen
Struktur. Das Kation A befindet sich in der Mitte der Elementarzelle und ist von acht B Atomen auf den
Eckern der Elementarzelle umgeben. Wobei das Kation A zwölf nahe gebundene Anionen X hat und
das Kation B mit sechs Anionen X umgeben ist. Zudem ist der Toleranzfaktor t nahe an 1 (ca. zwischen
0,89 und 1). Dieser Faktor beschreibt die Verzerrung der kubischen Struktur durch die unterschiedlichen
Größen der verschiedenen Atome. Die ideale kubische Struktur, die Strontiumtitanat Struktur hat einen
Toleranzfaktor von t=1. (11)

Abbildung 5: Kubische Perowskit Struktur am Beispiel SrTiO3 (12).

In Abbildung 5 ist die typische Struktur einer Perowskit-Einheitszelle dargestellt. Dabei ist das zentrale
Kation, das in der ABX3 Struktur dargestellt ist, hier ein Strontium. An der Seite sind die anderen Arten
an Kationen dargestellt, die dafür verwendet werden können. Auch ein organisches Kation, zum Beispiel
eines Methyl-Ammonium-Kation, kann diese Position übernehmen. Als Eckkation B ist hier das Bei-
spiel Titanium angegeben. In der Legende sind andere Elemente angegeben, die zu diesem Zweck ver-
wendet werden können z.B. Niob (Nb), Tantal (Ta), Titanium (Ti), Zirconium (Zr), Eisen (Fe) oder
Mangan (Mn) und noch andere Elemente. Hierbei ist noch für aktuelle Perowskit-Solarzellen Blei zu
ergänzen als verwendetes Material. Um die Kanten Kationen A sind die Anionen X3 aufgetragen, in der
Abbildung 5 ist das Beispiel Sauerstoff, für aktuelle Solarzellen des Perowskit -Typen sind Iod und
Brom zu nennen.
Das Mineral CaTiO3, welches als Perowskit bekannt ist und mit der Kristallstruktur ABX3 vorkommt,
wurde schon im Jahre 1893 von Gustav Rove entdeckt und nach einem russischen Mineralogen be-
nannt(13). Dabei hat das entdeckte Mineral die Zusammensetzung CaTiO3 und wurde für die weitere
Verwendung verändert. 1952 wurden die ersten Forschungen an den katalytischen Eigenschaften von
der Perowskit-Struktur durchgeführt und bei der Verbindung Lanthan Magnesiumoxid mit Zusätzen von
Kalzium, Strontium und Barium (La1−x(Ca,Sr,Ba)xMnO3) diese Eigenschaften festgestellt. Im Jahre
1986 wurden die supraleitenden Eigenschaften in Perowskit-Keramiken bei hohen Temperaturen an der
Verbindung Lanthan Magnesiumoxid (LaCuO3) erforscht. In den 1990er Jahren wurde an den Organik-
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Anorganik-Perowskit-Strukturen geforscht und deren Elektronenleitende und lichtimitierende Dioden
erforscht, da sie auch eine hervorragendes Lösungsverhalten haben. (14-19) Im Jahr 2009 sind Herr Aki-
hiro Kojima und Team auf die Idee gekommen, die Kristallstruktur in Form von Methylammonium
Bleibromid (CH3NH3PbBr3) und Methylammonium Bleiiodid (CH3NH3PbI3) in eine Solarzelle einzu-
fügen. (20) Für das Methylammonium Bleiiodid (CH3NH3PbI3) im Speziellen gilt, dass es sich bei unter
100k in der stabilen orthorhombischen Struktur befindet. Erst ab einer Temperatur um 160K gibt es
einen Übergang von der tetragonalen Phase in die orthorhombische Phase . (20) Die Zelle hatte aber nur
eine Effizienz von 3,8 % (9) , jedoch hat diese sich in den ersten drei Jahren schon auf eine Rekordeffi-
zienz von 10 % gesteigert. Daher haben sich die Forschungen in dem Bereich erhöht. Stand heute ist die
Rekordeffizienz einer Perowskit-Solarzelle schon bei 25,2 % (21) und ist damit vergleichbar mit der Re-
kordeffizienz einer Silicium basierten Zelle die bei 27,6 % (21) liegt. Auch die maximale Effizienz, die
die Silicium-Solarzelle erreichen kann, ist nicht so weit entfernt, denn diese kann durch die Strukturei-
genschaften des Siliciums genau bestimmt werden und liegt bei 29,2%.

2.3.2 Die Perowskit-Zelle im Detail
Ein Vorteil von Perowskit Solarzellen ist die einfache und günstige Herstellung und es ist möglich eine
flexiblere (22) und besser verbiegbare Solarzelle aus Perowskit anzufertigen. Die Forschung ist interna-
tional sehr intensiv in diesem Bereich, weil noch Verbesserungsmöglichkeiten in allen Bereichen der
Perowskit Solarzelle möglich sind. Schon heute gibt es unterschiedliche Ansätze eine effiziente
Perowskit-Solarzelle zu produzieren. Der allgemeine Ansatz ist zuerst die Elektronen transportierende
Schicht die ETL aufzutragen, dann die Perowskit und zum Schluss die sogenannte Loch (Hole) leitende
Schicht die HTL. Da es um günstige und umweltfreundliche Energiegewinnung geht, ist auch auf die
Kosten zu achten, die durch die Herstellung der Zelle verursacht werden. Ein großes Problem der
Perowskit-Schicht ist ihre Instabilität, weil die Perowskit-Struktur anfällig für Wärme, Feuchtigkeit und
UV-Strahlung ist. (23) Demzufolge werden Schichten auf das Perowskit aufgetragen, um diese vor äuße-
ren Einflüssen zu schützen. Die ETL und HTL Schichten reichen noch nicht aus die Perowskit-Schicht
zu schützen und daher die Solarzelle für längere Zeit auf ihrer Effizienz zu halten. Es fehlen Langzeit-
studien, weil die Perowskit-Solarzelle erst seit 2009 hergestellt wird. Eine andere Art die Solarzellen zu
schützen und effizienter zu machen, ergibt sich aus der Idee der sogenannten „Tandem-Zelle“. Die
Perowskit-Solarzelle besitzt eine Bandlücke von EG=1,5 bis 1,9eV, die Energie bis 830nm aufnimmt,
während die Silicium Zelle mit einer Bandlücke von EG=1 bis 1,5eV bis eine Wellenlänge von ca.
1000nm aufnehmen kann. Auch ein wichtiger Wert ist die Fermie-Energie. Die Fermie-Energie gibt an
welche das höchste energetische Niveau eines Vielelektronenmodels in seinem Grundzustand ist. Für
das Perowskit hat sich mittels Experimenten gezeigt, dass diese immer unter der Bandlücke ist. (24) Aus
diesem Grund werden die Solarzellen nacheinander geschaltet, um das Sonnenlicht am besten ausnut-
zen. (25) Mit dieser Methode wurde eine Effizienz von 29,1 % erreicht (8). Es ist auch möglich die Rei-
henfolge der Schichten, durch die das Licht strömt, zu verändern. Dies hängt aber sehr von den Eigen-
schaften der verschiedenen Materialien ab, zum Beispiel ob sie sehr schnell oxidieren, wenn sie mit der
Luft in Verbindung kommen. Aus diesen Gründen ist es immer wichtig zu wissen in welcher Reihen-
folge die Solarzellen hergestellt wurden. Wenn diese Solarzellen nicht in der üblichen Reihenfolge,
sondern genau umgekehrt aufgetragen werden, nennt man sie „umgedreht Zell (inverted Cell“. (25) Also
sind die Schichten anstatt n-i-p Schicht Reihenfolge in der p-i-n Reihenfolge aufgebaut.
Einer der aktuell am häufigsten verwendeten Schichten für die n-Type elektronenleitende Schicht (ETL)
ist Titan(IV)-oxid (TiO2). Da diese Schicht sehr einfach herzustellen ist und ein sehr hoher Wirkungs-
grad von über 25 % mit TiO2 als ETL erreicht werden kann, wird diese Schicht sehr oft als ELT in
Perowskit-Solarzellen verwendet. Allerdings ist diese Schicht noch nicht optimal und weitere Probleme,
die im Verlauf der Arbeit besprochen werden, müssen behoben werden, um einen effizienteren Ladungs-
transport zu erhalten. Obwohl die Bandlücke recht groß ist, gibt es noch andere Kristalle, die eine grö-
ßere Bandlücke haben und eine idealere Position des Leiterbandes haben und damit das Zurückspringen
der Elektronen besser verhindern, beziehungsweise das Abtransportieren unterstützen können.

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Die wichtigste Bewertung der Transport-Schicht ist, dass sie funktioniert und für die Perowskit-Solar-
zellen Herstellung, dass sie günstig in der Herstellung ist und die wenigsten Schadstoffe bei der Her-
stellung ausstößt. Daher ist die Auswahl auch sehr begrenzt, weil viele Forschungsarbeiten beschreiben,
dass organische Moleküle eine sehr gute ELT-Schicht abgeben, die aber sehr aufwändig und teuer in
der Herstellung sind. Die Metalloxide haben sich als vielversprechende Alternativen herauskristallisiert.
Nur durch die Punktdefekte in der oxiden Kristallstruktur sind diese als Halbleiter zu verwenden. Vor
allem Zinn(IV)-oxid (SnO2) hat sich als gute Alternative herausgestellt, aktuell wird besonders daran
viel geforscht. Bei den durchgeführten Experimenten wurde sich auf SnO2 fokussiert, weil durch dieses
Material nicht nur die Stabilität von Perowskit verbessert, sondern auch annähernd die Effizienz von
TiO2 Solarzellen erreicht wird, hierfür wurde die Schicht auf ihre Eigenschaften geprüft und verändert.

In Tabelle 1 werden exemplarisch für eine Perowskit Solarzelle die wichtigsten Daten am Beispiel einer
Zelle von dem Herausgeber KRICT/MIT Ende 2019 gezeigt.
Tabelle 1: Wichtige Kennwerte und Parameter einer Perowskit Solarzelle (8).

 Zellen Art Effizienz Fläche VOC ISC Fill Factor Test Datum Herausgeber
 [%] [cm2] [V] [mA/cm2] [%] [Ausgabe.
 Jahr]
 Perowskit 25,2±0,8 0,0937(da) 1,1805 24,14 84,8 Newport KRICT, MIT
 (dünn (7.19)
 Schicht)

 2.3.3 Überblick zum typischen Solarzellenaufbau

2.3.3.1 Theorie Perowskit-Solarzellen
Für diese Art von Solarzellen werden keine komplexen organischen Verbindungen verwendet, es wer-
den meistens die Verbindungen Methylammonium Bleiiodid CH3NH3PbI3 (MAPbI3) oder Methylam-
monium Bleibromid CH3NH3PbBr3 (MAPbBr3) verwendet. Diese Verbindungen sind ideal, weil ihre
Bandlücken eine ideale Größe haben, um die elektrische Strahlung der Sonne zu absorbieren. Bei
MAPbI3 ist die Bandlücke 1,66eV groß und bei MAPbBr3 ist sie 2,35eV bei 300K groß. Dies entspricht
für MAPbI3 dem Wellenlängenbereich bei AM1,5 von 746nm und für MAPbBr3 von 527nm. Als Basis
der Zellenkonstruktion werden meistens Glasplättchen verwendet. Das Glas gilt als Grundlage und ist
meistens auch die erste Schicht, durch die das Licht dringt. Das Glas kann aber auch durch andere
durchsichtige Materialien ersetzt werden. Da die anderen Schichten auf dem Glas, oder ähnlichen Arten
von Material, aufgetragen werden, benötigt man als erstes eine leitende Schicht, um einen Stromkreis-
lauf zu bilden. Diese Schichten müssen durchsichtig sein, damit sie so wenig Licht wie möglich absor-
bieren. Daher werden meistens Fluoride Tin Oxide (FTO) oder Indium Tin Oxide (ITO) verwendet. (26)
Welche der beiden Schichten verwendet wird, ist abhängig von den Temperaturen, die verwendet wer-
den, um die anderen Schichten herzustellen da die schon aufgetragenen Schiechten diese Temperaturen
auch aushalten müssen.
Die Solarzelle besteht aus drei Schichten, einer Elektronen Transportschicht (ETL), der Perowskit-
Schicht und der sogenannten Loch leitenden Schicht (HTL). Allgemein funktioniert die Perowskit-So-
larzelle genauso wie eine auf Silicium basierte Solarzelle. Zwei Halbleiter, einer p-dotiert und einer n-
dotiert, werden in Verbindung gebracht. Bei der Perowskit-Solarzelle werden verschiedene Oxide oder
Organische Verbindungen als ETL verwendet und auch als HTL werden verschiedene organische Struk-
turen und andere Kristallstrukturen mit der idealen Bandlücke verwendet. Beispiele für diese Schichten
sind bei Abbildung 6 zu finden. Das Valenzband der ETL muss energieärmer sein als die Perowskit-
Schicht. Die Löcher fließen in die Richtung des Materials mit dem höheren Energieniveau des

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Valenzbandes, deshalb muss das Valenzband der HTL eine höhere Position im Energiediagramm besit-
 zen als das Valenzband der Perowskit-Schicht, damit die Elektronen eine geringere Energieänderung
 bewältigen, um das Valenzband wieder auf den ursprünglichen Zustand zu bringen.

Abbildung 6: Beispielhafter Aufbau einer Perowskit Solarzelle (27).

 Aus Abbildung 6 ist der Aufbau einer Perowskit Solarzelle abzulesen. Die elektrische Strahlung der
 Sonne kommt von der FTO Seite. Dieser Kontakt muss durchsichtig sein. Dieser Frontkontakt ist Fluo-
 ride Tin Oxide (FTO) und wird direkt auf Glas aufgetragen. Damit zum Schluss der Stromkreislauf
 geschlossen werden kann, muss vor dem Auftragen der anderen Schichten ein Teil der FTO Schicht frei
 gelassen werden. Bei den klassischen Zellen wird dann die ETL aufgetragen, die in dem Bildteil a) aus
 TiO2, Zinkoxid (ZnO) oder SnO2 besteht. Auf dieser Schicht ist die Perowskit-Schicht, die als Energie-
 absorber dient und die Funktion der Zelle erst möglich macht. Die Zusammensetzung kann sich auch
 unterscheiden, je nach Größe der benötigten Bandlücke. Als HTL wird zum Schluss im Teil a) 2,2',7,7'-
 Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) und im Teil b) ent-
 weder eine Spiroverbindung (organischer Verbindung, deren Ringe nur mit einem Atom verbunden
 sind), Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT), Chalkostibit (CuSbS2), Kupfer(I)-oxid (Cu2O) oder
 Kupfer(I)-thiocyanat (CuSCN) genommen. Dies hängt auch sehr davon ab, ob die Bandlücke des
 Perowskits sich ändert und wie gut diese Schicht das Perowskit vor dem Zerfall schützt. Zum Schutz
 der Perowskit-Schicht gegen den Einfluss der Umgebung ist nicht nur die HTL, sondern auch die ETL
 verantwortlich. Diese Schichten entscheiden, wie stabil die Zelle ist. Zum Schluss werden die Goldkon-
 takte aufgetragen, die dann mit dem FTO in Verbindung gebracht werden, um den Kreislauf zu schließen
 und eine Zelle herzustellen.
 Die Bewegung der Elektronen und der Löcher sind in Abbildung 7 graphisch dargestellt. Bei einer
 Perowskit-Solarzelle wird der p-i-n-Übergang mit einer Perowskit-Struktur ersetzt. Diese Struktur ist
 das Herzstück dieser Zellenart und dient zum Transport der positiven und negativen Ladung zwischen
 ETL und HTL. Die anderen Schichten orientieren sich an der Größe und Lage dieser Bandlücke. Und
 genau deswegen werden neue Arten von ETL und HTL benötigt, die auch ohne Dotierung diese Eigen-
 schaften haben. Diese Eigenschaften können jedoch durch Dotierung verstärkt werden und den Über-
 gang der Elektronen beziehungsweise der positiven Ladung von Perowskit-Schicht zur HTL oder zur
 ETL verbessern. Das Energieniveau der unteren Leiterbandkante und das der obere Valenzbandkante
 unterscheiden sich derartig, dass die Elektronen nur in Richtung der ETL und die Löcher in Richtung
 HTL fließen. Daraus ergeben sich für die verschiedenen Bandlücken eine bestimmte Größe und für die
 untere Leiterbandkante, beziehungsweise für die obere Valenzbandkante, ein bestimmtes Energieni-
 veau. Dies wird in der Abbildung 7 gezeigt. Der Unterschied der Lücken darf nicht zu groß sein, weil
 sonst eine Blockade der Schichten entsteht und das führt zur Ineffizienz der Zelle. Diese Schichten kön-
 nen in verschiedenen Reihenfolgen auf einen Untergrund aufgetragen werden. Daher ist es auch möglich
 mit dieser Methode flexible Solarzellen herzustellen, die auch einen sehr hohen Wirkungsgrad haben.
 Eines bleibt bei allen Zellen gleich; dass zum Schluss Kontakte auf die Zelle gebracht werden. Meistens
 wird Gold verwendet, da es einen sehr geringen Widerstand hat. Aluminium oder Silber können alter-
 nativ verwendet werden, haben aber einen geringeren Leitwert und bei Aluminium oxidiert die Schicht.
 Es gibt auch Möglichkeiten eine Perowskit-Solarzelle ohne ETL oder ohne HTL herzustellen, diese sind
 nicht so stabil und haben keine so gute Effizienz.

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